CN105928981A - 一种全天候空气质量监测方法及监测设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种全天候空气质量监测方法及监测设备，采用一种移动可穿戴式监测设备进行全天候空气质量监测，所述的移动可穿戴式监测设备佩戴在腕部，是一种挥发性有机化合物浓度监测设备，包括VOC浓度检测模块，所述的VOC浓度检测模块包括一个悬空可加热性氧化涂层，所述的氧化涂层中加入化学制剂，所述的化学制剂在高温下可与VOC产生反应，使得整个氧化涂层的电气特性发生变化，反应出VOC浓度变化值，本发明能够全自动检测使用者身边环境中挥发性有机化合物浓度，并预警使用者，实现全天候随时随地自动监测环境中有害VOC气体浓度，解决现有设备庞大的体积不适合随身携带到所有场所进行测试，且无法实现全天候自动监测的问题。

Description

一种全天候空气质量监测方法及监测设备

技术领域

本发明涉及环境监测技术领域，具体是一种全天候空气质量监测方法及监测设备。

背景技术

环保意义上的VOC(volatile organic compounds，挥发性有机化合物)定义是指活泼的一类挥发性有机物，即会产生危害的那一类挥发性有机物。VOC对人体健康有巨大影响。当居室中的VOC达到一定浓度时，短时间内人们会感到头痛、恶心、呕吐、乏力等，严重时会出现抽搐、昏迷，并会伤害到人的肝脏、肾脏、大脑和神经系统，造成记忆力减退等严重后果。

随着家装市场的不断发展，各种家装中的问题也随之接踵而来。尤其是室内环境污染，由于其对人体的危害性，已经越来越引起人们的关注。报告称我国每年数十万人死于装修污染，专家称凶手是VOC。据世界卫生组织在2005年发布的《世界卫生组织甲醛致癌报告》中指出，我国因装修污染引起的年死亡人数为11.1万人，平均每天约304人，并有证据表示这个死亡人数仍在逐年攀升。

因此，对空气中VOC浓度的监测显得尤为重要，目前市场上已有的VOC监测设备侧重于手动监测，也就是使用者必须手动控制来实现监测，几个重要的问题没有在现有的VOC监测设备里解决：

第一，无法对用户实时预警。总所周知，在很多情况下，挥发性气体是无色无味，用户处于在危险环境中，却无从得知，比如，装修房子后，油漆甲醛对人体非常有害，在没有预警设备情况下，长时间居住在新装修的房子内会对人体产生很大负面影响。

第二，目前市场上已有的VOC监测设备均无法实现全天候自动监测。普通人每天大部分的时间在室内度过，全自动VOC监测智能腕带可以自动给出每个室内环境 的VOC浓度危害指数，并预警用户采取相应措施。通过全自动监测，用户可以即时了解VOC的浓度变化，随时改善空气质量。

第三，市场上现有设备无法存储浓度变化数据，无法进行云端大数据分析处理。

第四，现有设备庞大的体积不适合随身携带，到所有场所进行测试。

除了以上所提的问题，室内空气质量参数需要一个长期的、贴身的监测。现有的一些设备只能手动重复多次来获得环境中VOC浓度信息，但如果不是贴身监测，无法起到有效的安全保护作用。

发明内容

本发明的目的是提供一种全天候空气质量监测方法及监测设备，本发明是一种可穿戴式的移动监测设备，可以实现全天候随时随地自动监测环境中有害VOC气体浓度，用以解决现有设备庞大的体积不适合随身携带到所有场所进行测试，且无法实现全天候自动监测的问题。

为实现上述目的，本发明的监测方法方案是：一种全天候空气质量监测方法，所述的空气质量监测方法采用一种移动可穿戴式监测设备进行全天候空气质量监测，所述的移动可穿戴式监测设备佩戴在腕部，是一种挥发性有机化合物浓度监测设备，包括VOC浓度检测模块，所述的VOC浓度检测模块包括一个悬空可加热性氧化涂层，所述的氧化涂层中加入化学制剂，所述的化学制剂在高温下可与VOC产生反应，使得整个氧化涂层的电气特性发生变化，反应出VOC浓度变化值；

具体监测方法包括如下步骤：

(1)检测VOC浓度检测模块的氧化涂层在干净空气中的电气特性，并将其作为校准值保存在中央处理器中，所述的校准值用来作为监测实际VOC浓度的基准值；

(2)根据所述的校准值在中央处理器内部设置一个校准参数表，所述的校准参数表反应氧化涂层在高温下的不同电气特性变化对应的VOC实际浓度值，且中央处理器设定不同空气质量等级对应的VOC浓度阈值；

(3)在对空气质量进行监测时，首先由中央处理器提供电压给VOC浓度检测 模块，将所述VOC浓度检测模块的氧化涂层加热升温到280℃～320℃；

(4)中央处理器测试整个氧化涂层的阻抗特性，并通过模数转换得到数字化电压值，同时根据步骤(3)中所述的校准参数表，得到VOC的实际浓度值；

(5)中央处理器将VOC的实际浓度值与不同空气质量等级的VOC浓度阈值进行比较，判定空气质量等级，当判定空气质量等级低于良好时，则发出预警信号提醒用户。

进一步地，根据本发明所述的全天候空气质量监测方法，所述的空气质量监测方法在监测到VOC浓度之后，通过数字显示屏幕显示VOC浓度指数和空气质量等级。

进一步地，根据本发明所述的全天候空气质量监测方法，所述的空气质量监测方法将监测到的用户周边空气质量信息传输至智能移动终端设备存储，在智能移动终端设备上对环境VOC浓度变化做长期分析，同时将分析结果反馈给用户，并提供改善空气质量的建议方案。

进一步地，根据本发明所述的全天候空气质量监测方法，所述的中央处理器将空气质量等级为5级，分别是优、良好、一般、较差和极差。

进一步地，根据本发明所述的全天候空气质量监测方法，所述的空气质量监测方法通过微电机振动马达向用户发出振动预警信号，当中央处理器监测到空气质量低于良好时，微电机振动马达便开始通过振动提醒用户，并每隔1个小时振动一次。

为实现上述目的，本发明的监测设备方案是：一种全天候空气质量监测设备，所述的空气质量监测设备是一种移动可穿戴式监测设备，所述的移动可穿戴式监测设备佩戴在腕部，是对挥发性有机化合物浓度进行监测的设备，所述的移动可穿戴式监测设备包括VOC浓度检测模块，预警模块和中央处理器；

所述的VOC浓度检测模块包括一个悬空可加热性氧化涂层，所述的氧化涂层中加有化学制剂，所述的化学制剂在高温下可与VOC产生反应，使得整个氧化涂层的电气特性发生变化，通过氧化涂层电气特性的变化反应出VOC浓度变化值；

所述VOC浓度检测模块的信号输出端连接中央处理器，所述中央处理器的信号输出端连接预警模块，所述VOC浓度检测模块的电压管脚连接中央处理器，在 进行VOC浓度检测时，由中央处理器提供电压给VOC浓度检测模块，对VOC浓度检测模块的氧化涂层加热升温，从而根据氧化涂层在高温下的电气特性的变化得到VOC浓度实际值，并在判定VOC浓度实际值超出安全浓度阈值时驱动预警模块发出预警信号提醒用户。

进一步地，根据本发明所述的全天候空气质量监测设备，所述的空气质量监测设备包括蓝牙无线传输模块，所述的VOC浓度检测模块通过蓝牙无线传输模块连接一台智能移动终端设备，把用户周边空气质量信息传输至智能移动终端设备存储，在智能移动终端设备上对环境VOC浓度变化做长期分析，并将分析结果反馈给用户，同时提供改善空气质量的建议方案。

进一步地，根据本发明所述的全天候空气质量监测设备，所述的空气质量监测设备包括数字显示屏幕，所述中央处理器的信号输出端连接数字显示屏幕。

进一步地，根据本发明所述的全天候空气质量监测设备，所述的VOC浓度检测模块设置有一个物理按键，用户通过所述的物理按键启动VOC浓度检测模块，所述的VOC浓度检测模块采用微机电系统VOC传感器。

进一步地，根据本发明所述的全天候空气质量监测设备，所述的预警模块为微电机振动马达，当中央处理器监测到空气质量低于良好时，微电机振动马达便开始通过振动提醒用户，并每隔1个小时振动一次。

本发明达到的有益效果：1)本发明集成了微机电系统VOC传感器，不同于传统PID光离子传感器和红外线传感器，该微机电系统VOC传感器使得整个监测设备的功耗和体积都大幅度缩小，从而使可穿戴式VOC监测变成可能，能够让用户佩戴此设备实现全天候监测，实现了随时监测环境中有害VOC气体浓度的功能。

2)本发明集成了微电机振动马达，从而可以在检测完VOC有害气体浓度后，如果浓度过高，设备可以通过微电机振动马达来自动预警。从而解决了传统设备必须人为的测试，无法自动预警环境有害气体对人体影响的问题。

3)本发明集成了无线通讯模块，在监测过程中，任何VOC浓度的变化，本发明可以全部通过无线通讯模块传输到云端，进行大数据分析处理，结合时间和地点分析，自动给出分析报告，从而解决了用户生活环境对人体综合影响的分析及改善 的问题。

附图说明

图1是本发明监测设备的结构原理图；

图2是本发明监测方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施例对本发明作进一步详细地说明。

监测设备实施例：

本发明的空气质量监测设备是一种移动可穿戴式监测设备，所述的移动可穿戴式监测设备佩戴在腕部，是对挥发性有机化合物浓度进行监测的设备，能够全自动提取用户生活环境中VOC有害气体的浓度变化，可以实现全天候随时随地自动监测环境中有害VOC气体浓度，监测类型包括常见的对人体有害性气体，并在有害气体浓度超出一定范围时，发出预警信号提醒使用者，监测的有害气体包括香烟烟雾，甲烷，异丁烷，一氧化碳，氢气及乙醇。

如图1所示，本实施例的移动可穿戴式监测设备包括VOC浓度检测模块、中央处理器、预警模块、无线通讯模块、数字显示屏幕、电池和一条腕带。所述VOC浓度检测模块、中央处理器、预警模块、无线通讯模块、数字显示屏幕和电池均集成在腕带上，移动可穿戴式监测设备通过腕带佩戴在使用者的腕部。

VOC浓度检测模块采用微机电系统VOC传感器，该微机电系统VOC传感器使得整个监测设备的功耗和体积都大幅度缩小，从而使可穿戴式VOC监测变成可能，实现了随时监测环境中有害VOC气体浓度的功能。该微机电系统VOC传感器设置有一个悬空可加热性氧化涂层，所述的氧化涂层中加有化学制剂，所述的化学制剂在高温下可与VOC产生反应，使得整个氧化涂层的电气特性发生变化，因此，可通过检测氧化涂层的电气特性，来反应空气中VOC的浓度值。

中央处理器内部保存VOC浓度阈值，并把空气质量分成5级，分别是优，良好，一般，较差，极差，每个空气质量等级对应一个VOC浓度阈值。将所述氧化 涂层在干净空气中的电气特性作为校准值保存在中央处理器内部，所述的校准值用来作为监测实际VOC浓度的基准值，并在中央处理器内部保存一个校准参数表。

中央处理器连接VOC浓度检测模块的电压管脚，在进行VOC浓度检测时，由中央处理器提供电压给VOC浓度检测模块，对VOC浓度检测模块加热2～5分钟，将所述的氧化涂层升温到280℃～320℃,并开始检测VOC浓度检测模块的氧化涂层的阻抗特性，也就是电压信号，通过模数转换得到数字化电压值，并根据其内部存储的校准参数表，得到VOC实际浓度值。最后由中央处理器将VOC的实际浓度值与不同空气质量等级的VOC浓度阈值进行比较，判定空气质量等级，当判定空气质量等级低于良好时，则发出预警控制信号。

预警模块采用微电机振动马达，中央处理器的控制输出端连接微电机震动马达，在检测完VOC有害气体浓度后，通过控制微电机振动马达发出震动信号，来自动预警，并每隔1个小时振动预警用户一次。

无线通讯模块采用蓝牙无线传输模块，所述的VOC浓度检测模块通过蓝牙无线传输模块连接一台智能移动终端设备，从而把用户周边空气质量信息传输至智能移动终端设备存储，在智能移动终端设备上对环境VOC浓度变化做长期大数据分析处理，结合时间和地点分析，自动给出分析报告，并将分析结果反馈给用户，同时提供改善空气质量的建议方案，如：保持空气流通，定时甲醛清除，远离二手烟等等。

数字显示屏幕与中央处理器的信号输出端连接，当监测设备发出预警信号时，中央处理器驱动数字显示屏幕自动点亮，并显示VOC浓度指数和空气质量等级。

本实施例的监测设备还设置有一个物理按键，如果需要任何时间监测周围空气质量，用户可以通过所述的物力按键启动监测设备，进入监测状态。

本发明的微机电系统VOC传感器通过内置氧化涂层，在系统高温下，提取空气中挥发性气体的浓度参数。然后中央处理器比较检测到的VOC实际浓度与空气质量阈值，从而判定室内空气质量等级。若超过安全空气质量阈值，中央处理器对使用者震动预警及显示。

特别地，本发明的监测设备通过佩戴在用户腕部，对空气质量做全天候监测， 集成的数字显示界面可以显示VOC浓度数据，同时也可显示时间来替代腕表。本发明的监测设备通过无线通讯模块与一个移动智能设备通讯，传输空气中挥发性气体浓度信息到移动智能设备，由移动设备记录时间及地点，并进行存储和分析。本发明的监测设备解决了全天候室内空气中挥发性气体浓度的问题，并当使用者身边的环境条件对人体有害时及时预警，从而防止使用者长期处于危险的环境中。

监测方法实施例：

本实施例的空气质量监测方法，采用上述实施例的监测设备进行全天候空气质量监测，如图2所示，具体的监测方法如下：

1，检测VOC浓度检测模块的氧化涂层在干净空气中的电气特性，并将其作为校准值保存在中央处理器中，所述的校准值用来作为监测实际VOC浓度的基准值。同时根据所述的校准值在中央处理器内部设置一个校准参数表，所述的校准参数表反应氧化涂层在高温下的不同电气特性变化对应的VOC实际浓度值。

2，中央处理器设定不同空气质量等级对应的VOC浓度阈值。本实施例将空气质量分成5级，分别是优，良好，一般，较差，极差，每个空气质量等级对应一个VOC浓度阈值。

3，当用户需要对周围空气质量进行监测时，按动监测设备上的物理按键，启动监测设备进入监测状态，由中央处理器提供电压给VOC浓度检测模块，并将VOC浓度检测模块加热2～5分钟，将所述VOC浓度检测模块的氧化涂层升温到280℃～320℃。

4，氧化涂层的电气特性在高温下发生变化，中央处理器测试整个氧化涂层的阻抗特性，即电压信号，并通过模数转换得到数字化电压值，同时根据其内部存储的校准参数表，得到VOC的实际浓度值。

5，中央处理器将VOC的实际浓度值与不同空气质量等级的VOC浓度阈值进行比较，判定空气质量等级，当判定空气质量等级低于良好时，则控制微电机震动马达发出震动预警信号，提醒用户，并每隔1个小时振动预警用户一次，同时驱动数字显示屏幕自动点亮，并在数字显示屏幕上显示VOC浓度指数和空气质量等级。

6，中央处理器把用户周边空气质量信息传输至智能移动终端设备存储，在智能移动终端设备上对环境VOC浓度变化做长期大数据分析处理，结合时间和地点分析，自动给出分析报告，并将分析结果反馈给用户，同时提供改善空气质量的建议方案，如：保持空气流通，定时甲醛清除，远离二手烟等等。

本发明采用一种移动式可穿戴监测设备对空气质量做全天候监测，该监测设备超小体积，极低功耗，可以使用户佩戴在腕部，全天候，任何工作及生活地点来保护及预警用户，当使用者身边的环境条件对人体有害时及时预警，提醒用户采取防护措施，而且所有VOC气体的浓度信息可传输至移动智能终端来存储，并综合分析用户在各种生活场景下VOC气体的浓度可能对人体产生的影响，防止使用者长期处于危险的环境中。

Claims (10)

1.一种全天候空气质量监测方法，其特征在于：所述的空气质量监测方法采用一种移动可穿戴式监测设备进行全天候空气质量监测，所述的移动可穿戴式监测设备佩戴在腕部，是一种挥发性有机化合物浓度监测设备，包括VOC浓度检测模块，所述的VOC浓度检测模块包括一个悬空可加热性氧化涂层，所述的氧化涂层中加入化学制剂，所述的化学制剂在高温下可与VOC产生反应，使得整个氧化涂层的电气特性发生变化，反应出VOC浓度变化值；

具体监测方法包括如下步骤：

(1)检测VOC浓度检测模块的氧化涂层在干净空气中的电气特性，并将其作为校准值保存在中央处理器中，所述的校准值用来作为监测实际VOC浓度的基准值；

(2)根据所述的校准值在中央处理器内部设置一个校准参数表，所述的校准参数表反应氧化涂层在高温下的不同电气特性变化对应的VOC实际浓度值，且中央处理器设定不同空气质量等级对应的VOC浓度阈值；

(3)在对空气质量进行监测时，首先由中央处理器提供电压给VOC浓度检测模块，将所述VOC浓度检测模块的氧化涂层加热升温到280℃～320℃；

(4)中央处理器测试整个氧化涂层的阻抗特性，并通过模数转换得到数字化电压值，同时根据步骤(3)中所述的校准参数表，得到VOC的实际浓度值；

(5)中央处理器将VOC的实际浓度值与不同空气质量等级的VOC浓度阈值进行比较，判定空气质量等级，当判定空气质量等级低于良好时，则发出预警信号提醒用户。

2.根据权利要求1所述的全天候空气质量监测方法，其特征在于，所述的空气质量监测方法在监测到VOC浓度之后，通过数字显示屏幕显示VOC浓度指数和空气质量等级。

3.根据权利要求1所述的全天候空气质量监测方法，其特征在于，所述的空气质量监测方法将监测到的用户周边空气质量信息传输至智能移动终端设备存储，在智能移动终端设备上对环境VOC浓度变化做长期分析，同时将分析结果反馈给用 户，并提供改善空气质量的建议方案。

4.根据权利要求1所述的全天候空气质量监测方法，其特征在于，所述的中央处理器将空气质量等级为5级，分别是优、良好、一般、较差和极差。

5.根据权利要求1所述的全天候空气质量监测方法，其特征在于，所述的空气质量监测方法通过微电机振动马达向用户发出振动预警信号，当中央处理器监测到空气质量低于良好时，微电机振动马达便开始通过振动提醒用户，并每隔1个小时振动一次。

6.一种全天候空气质量监测设备，其特征在于：所述的空气质量监测设备是一种移动可穿戴式监测设备，所述的移动可穿戴式监测设备佩戴在腕部，是对挥发性有机化合物浓度进行监测的设备，所述的移动可穿戴式监测设备包括VOC浓度检测模块，预警模块和中央处理器；

所述的VOC浓度检测模块包括一个悬空可加热性氧化涂层，所述的氧化涂层中加有化学制剂，所述的化学制剂在高温下可与VOC产生反应，使得整个氧化涂层的电气特性发生变化，通过氧化涂层电气特性的变化反应出VOC浓度变化值；

所述VOC浓度检测模块的信号输出端连接中央处理器，所述中央处理器的信号输出端连接预警模块，所述VOC浓度检测模块的电压管脚连接中央处理器，在进行VOC浓度检测时，由中央处理器提供电压给VOC浓度检测模块，对VOC浓度检测模块的氧化涂层加热升温，从而根据氧化涂层在高温下的电气特性的变化得到VOC浓度实际值，并在判定VOC浓度实际值超出安全浓度阈值时驱动预警模块发出预警信号提醒用户。

7.根据权利要求6所述的全天候空气质量监测设备，其特征在于，所述的空气质量监测设备包括蓝牙无线传输模块，所述的VOC浓度检测模块通过蓝牙无线传输模块连接一台智能移动终端设备，把用户周边空气质量信息传输至智能移动终端设备存储，在智能移动终端设备上对环境VOC浓度变化做长期分析，并将分析结果反馈给用户，同时提供改善空气质量的建议方案。

8.根据权利要求6所述的全天候空气质量监测设备，其特征在于，所述的空气质量监测设备包括数字显示屏幕，所述中央处理器的信号输出端连接数字显示屏幕。

9.根据权利要求6所述的全天候空气质量监测设备，其特征在于，所述的VOC浓度检测模块设置有一个物理按键，用户通过所述的物理按键启动VOC浓度检测模块，所述的VOC浓度检测模块采用微机电系统VOC传感器。

10.根据权利要求6所述的全天候空气质量监测设备，其特征在于，所述的预警模块为微电机振动马达，当中央处理器监测到空气质量低于良好时，微电机振动马达便开始通过振动提醒用户，并每隔1个小时振动一次。